[发明专利]模拟工况载荷条件下机床主轴热误差测试试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及数控机床技术领域，特别涉及一种模拟工况载荷条件下机床主轴热误差测试试验方法。

背景技术

数控机床的误差源主要包括几何误差、热误差、载荷误差及控制系统误差，其中，几何误差和热误差占误差总量的40％-70％。对于高档数控机床而言，由于高速驱动部件产生的热量远远高于传统机床，且由于其配套的各零部件加工精度、装配精度以及自身刚度较高，几何误差以及切削力引起的载荷误差比重减小，因此热误差所占比重更大，成为影响加工精度的最主要因素。目前针对数控机床空载工况下的主轴热误差测试、建模与仿真分析已有大量研究。但是，在加工工况下，由于切削载荷所引起的主轴温升和热变形难以体现在空载工况下的主轴热特性与热误差试验模型中，空载工况的主轴热场平衡与加工工况的主轴热场平衡不一致，并且机床热态特性和动态特性以及载荷之间可能产生的耦合效应，通常空载状态下的热误差模型难以反映主轴真实的热态特性和热误差状况，从而在实际加工工况条件下难以获得满意的误差补偿效果；而真实加工工况下又无法进行机床热误差的实时在线测试，因此研究模拟工况载荷条件下机床的热态特性对进一步深入了解主轴的热态特性和热误差，提高数控机床的热误差补偿效果、切实提高机床的加工精度具有重要意义。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种可以进行模拟工况载荷条件下机床主轴热误差测试试验方法，用于研究机床主轴在工况载荷下的热态特性和热误差。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种模拟工况载荷条件下机床主轴热误差测试试验方法，在机床主轴空载运行的情况下，采用主轴热误差测试试验系统测量机床主轴待测部位的温度和热误差，所述机床主轴待测部位的温度通过安装在待测部位的热电阻来测量，所述机床热误差通过安装在传感器支架上的电涡流位移传感器感应所述电涡流位移传感器与安装在所述机床主轴上的检验棒之间的相对距离变化来实现；机床主轴采用模拟工况载荷主轴加载装置模拟工况载荷进行加载，所述主轴加载装置包括力矩载荷加载装置和径向力载荷加载装置；所述力矩载荷加载装置包括磁粉制动器，所述磁粉制动器安装在加载装置支架上，所述磁粉制动器通过导向键和所述检验棒连接，所述检验棒与所述主轴连接，所述磁粉制动器通过所述导向键和所述检验棒将模拟力矩载荷施加到所述主轴上；所述径向力载荷加载装置包括拉压力计，所述拉压力计安装在径向力加载装置支承体上，所述径向力加载装置支承体与所述加载装置支架固定连接，所述拉压力计设有受拉端和受压端，所述拉压力计的受拉端设有径向力调整螺栓，所述拉压力计受压端设有径向力导杆，所述径向力导杆的远拉压力计端安装有滚动轴承，所述滚动轴承与所述检验棒滚动连接，所述径向力调整螺栓通过挤压所述拉压力计产生模拟径向力载荷并通过所述径向力导杆、所述滚动轴承和所述检验棒施加到所述主轴上；1)在机床主轴空载运行的情况下，在所述机床主轴待测部位的温度超过环境温度并稳定后，所述电涡流位移传感器测得机床主轴在空载状态下的热误差；2)在机床主轴运行的情况下，在所述机床主轴待测部位的温度保持为环境温度时，采用所述力矩载荷加载装置对机床主轴施加模拟力矩载荷，所述电涡流位移传感器测得机床主轴在模拟力矩载荷作用下的载荷变形误差；3)在机床主轴运行的情况下，在所述机床主轴待测部位的温度保持为环境温度时，采用所述径向力载荷加载装置通过所述检验棒对机床主轴施加模拟径向力载荷，所述电涡流位移传感器测得机床主轴在模拟径向力载荷作用下的载荷变形误差；4)在机床主轴运行的情况下，在所述机床主轴待测部位的温度保持为环境温度时，采用所述力矩载荷加载装置和所述径向力载荷加载装置通过所述检验棒对机床主轴同时施加模拟力矩载荷和模拟径向力载荷，所述电涡流位移传感器测得机床主轴在模拟力矩载荷和模拟径向力载荷共同作用下的载荷变形误差；5)在机床主轴运行的情况下，采用所述力矩载荷加载装置对机床主轴施加模拟力矩载荷，在所述机床主轴待测部位的温度超过环境温度并稳定后，所述电涡流位移传感器测得机床主轴在模拟力矩载荷作用下的综合误差；6)在机床主轴运行的情况下，采用所述径向力载荷加载装置对机床主轴施加模拟径向力载荷，在所述机床主轴待测部位的温度超过环境温度并稳定后，所述电涡流位移传感器测得机床主轴在模拟径向力载荷作用下的综合误差；7)在机床主轴运行的情况下，采用所述力矩载荷加载装置和所述径向力载荷加载装置通过所述检验棒对机床主轴同时施加模拟力矩载荷和模拟径向力载荷，在所述机床主轴待测部位的温度超过环境温度并稳定后，所述电涡流位移传感器测得机床主轴在模拟力矩载荷和模拟径向力载荷共同作用下的综合误差；8)用步骤5)测得的综合误差减去步骤2)测得的载荷变形误差获得模拟力矩载荷作用下机床主轴的综合热误差，所述模拟力矩载荷作用下机床主轴的综合热误差减去步骤1)测得的机床主轴空载工况下的主轴热误差获得模拟力矩载荷作用下的机床主轴附加热误差；9)用步骤6)测得的综合误差减去步骤3)测得的载荷变形误差获得模拟径向力载荷作用下机床主轴的综合热误差，所述模拟径向力载荷作用下机床主轴的综合热误差减去步骤1)测得的机床主轴空载工况下的主轴热误差获得模拟径向力载荷作用下的机床主轴附加热误差；10)用步骤7)测得的综合误差减去步骤4)测得的载荷变形误差获得模拟力矩载荷和模拟径向力载荷共同作用下机床主轴的综合热误差，所述模拟力矩载荷和模拟径向力载荷共同作用下机床主轴的综合热误差减去步骤1)测得的机床主轴空载工况下的主轴热误差获得模拟力矩载荷和模拟径向力载荷共同作用下的机床主轴附加热误差。